超快凝聚态物理的核心在于理解和操控超短时间尺度（通常从阿秒到皮秒）下物质内部的多种基本相互作用。这些相互作用主要包括光子-电子相互作用（驱动初始激发）、电子-电子相互作用（导致载流子热化与散射）、电子-声子相互作用（引发晶格能量传递）以及声子-声子散射（主导最终热平衡）。这些过程在时域上天然分离，分别主导不同阶段：例如，光激发后的初始电子动力学发生在飞秒量级，而晶格的显著响应可能延迟至皮秒尺度。这种时域上的可区分性，为我们提供了一种“时间切片”式的研究视角，使得我们能够分别观测和解析凝聚态物质中各类准粒子（如激子、等离子激元、声子等）的诞生、演化与耗散过程，从而揭示稳态测量中难以捕捉的新颖物理，并进一步为实现对材料性质的超快主动调控奠定基础。
要深刻理解上述超快动力学的微观物理本质，并实现有目的的设计与调制，必须建立精确的理论计算框架。这通常需要在第一性原理（如含时密度泛函理论）的基础上，将光与物质的相互作用以非微扰的方式纳入哈密顿量。计算面临的挑战包括：电磁场作用下电子态演化的高精度描述、因电子运动极快而导致的苛刻时间步长问题，以及如何自洽地耦合电子与离子动力学以引入电子-声子相互作用。为此，发展多尺度方法与高效算法以衔接不同时间尺度的物理、在计算中同时兼顾电子关联、光子场和晶格离子受力，成为关键。最终目标是构建一个能够在从飞秒到皮秒的较长跨度上，统一描述光激发、电子能量重分布、声子激发及其相互竞争与协作的综合计算模型。
在建立了能够同时描述光-物质耦合、电子动力学及电子-声子耦合的理论与计算工具后，我们可以将其广泛应用于一系列重要的超快物质过程研究。这些研究覆盖了从阿秒化学键动态观测到皮秒级热传输的宽广时空范畴。具体现象包括：极短时间尺度下的高次谐波产生，它能反映价电子的非线性响应和能带结构信息；光诱导的自旋角动量转移与弛豫过程，关乎超快磁存储与自旋电子学；以及由强激光触发的光致相变，其中电子与晶格的协同作用可能导致材料在皮秒内发生绝缘体-金属相变等结构转变。对这些过程的深入理解和模拟，不仅推动了基础物理的发展，也为开发超快光开关、新型信息存储器件和高效能量转换材料提供了全新的设计思路与调控手段。